Способ определения деформаций массива насыпных пород и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Криворожский горнорудный институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 773266, кл. Е 21 С 39/00, 1979.Авторское свидетельство СССРМ 1044785, кл, Е 21 С 39/00, 1982.Авторское свидетельство СССРМ 1548435, кл. Е 21 С 39/00, 1990.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВА НАСЫПНЫХ ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения деформаций массива насыпных пород, Цель - повышение достоверности определения деформаций и получение более полной информации о состоянии массива, В насыпном массиве 16 бурят скважины 14 и размещают в них герметичную трубчатую оболочку 2. Внутри оболочки 2 на заданном расстоянии1661418 друг от друга устанавливают реперы 3, чувствительные к смещению массива. Корпуса 4 реперов 3 закреплены на трубчатой гофрированной оболочке 2, В корпусах 4 размещен диэлектрический измерительный цилиндр 5 с электропроводной жидкостью 7, На внутренних стенках цилиндра 5 размещены измерительные электроды 6 вдоль четырех взаимно параллельных вертикальных линий, лежащих в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, Шток цилиндра 5 с помощью карданных шарниров 13 и жесткого соединительного элемента 12 соединен с корпусом 4 последующего Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения деформаций массива насыпных пород,Целью изобретения является повышение достоверности определения деформаций и получение более полной информации о состоянии массива.На фиг. 1 показаны скважины с размещенными в них устройствами (поперечный разрез насыпной дамбы); на фиг. 2 - конструкция репера; на фиг, 3 - разрез А-А на фиг, 2; на фиг. 4 - измерительный цилиндр с электродами.Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего груз-якорь 1, закрепленный на нижнем конце устройства, трубчатый элемент 2, выполненный в виде гофрированного шланга, реперы 3, корпуса 4 которых закреплены в трубчатом элементе, измерительный цилиндр 5, на внутренних стенках которого размещены измерительные электроды 6, электропроводящую жидкость 7, расположенную над поршнем 8 со штоком 9, снабженным направляющими 10 и связанным с помощью шарнира 11 с жестким элементом 12, который, в свою очередь, с помощью шарнира 13 связан с корпусом соседнего репера, соединительные электрические провода, размещенные внутри трубчатого элемента 2 (не показаны), пространство между стенками скважины 14 и трубчатым элементом 2 заполнено сыпучим материалов 15, из которого состоит насыпной массив 16,Сущность способа заключается в следующем. В насыпном массиве производят бурение одной или нескольких скважин, в зависимости от участка массива, подлежащего контролю. Бурение производят до достижения скважиной основания массива в репера 3, Конец элемента 12 снабжен грузом-якорем. Пространство между стенками скважины 14 и оболочкой 2 заполняют сыпучим материалов 15. После этого производят измерение смещений реперов 3 в двух взаимно перпендикулярных направлениях горизонтальной плоскости и одновременно регистрируют осадки массива. Затем через заданный промежуток времени производят второе измерение и по разнице двух измерений судят о величине и направлении деформации массива, произошедшей за данный отрезок времени. 2 с.п,ф-лы, 4 ил. случае, когда предусматривается определение деформаций массива относительно основания, В том случае, когда необходимоопределять деформации массива и его осно 5 вания, скважины бурят до достижения иминесжимаемых слоев сжимаемого основанияили до коренных кристаллических пород.После этого в скважину опускают устройство с закрепленным на нем нижнем конце10 грузом-якорем по достижению последнимзабоя. Опускание устройства производят почастям, одновременно наращивая его длинуи выполняя коммутацию проводов непосредственно над скважиной. Длину жестких15 элементов и секций трубчатой оболочки приэтом выбирают в зависимости от необходимого расстояния между реперами, которое, в свою очередь, зависит отнеобходимости контроля тех или иных слоев20 массива и его основания,При наращивании устройства по длинешарниры, жесткие соединительные элементы и реперы располагают так, чтобы одноименные измерительные электроды всех25 реперов располагались вдвух вертикальныхвзаимно перпендикулярных плоскостях, Вэтих же плоскостях конструкцией шарнировпредусматривается возможность наклонареперов. От перекручивания поршня изме 30 рительного цилиндра относительно его корпуса предохраняют. направляющие штока.Таким образом производят ориентированиереперов между собой и ориентированиевсего устройства относительно сторон света35 или геометрических элементов массива порасположению верхнего репера. Причем,задание азимутального положения всего устройства выполняется путем поворотов еговерхних конечных жестких элементов на не 40 обходимый угол, При опускании устройствав скважину поршни всех реперов находятся в крайнем нижнем положении, а гофрированная герметичная оболочка - в растянутом состоянии.После достижения грузом-якорем забоя 5 скважины, а верхних элементов устройства - поверхности массива, производят заполнение пространства между стенками скважины и герметичной оболочкой сыпучим материалом, который по физико-механиче ским параметрам сходен с материалом массива, или же непосредственно материалом массива, Для эффективного и полного заполнения свободного пространства скважины производят разнонаправленные 15 движения герметичной оболочки в вертикальной плоскости, используют вибратор, добавляют воду и т.д. После этого верхний конец устройства закрепляют на поверхности массива, производят коммутацию изме рительной панели и производят исходное измерение. Через заданный промежуток времени (например, месяц, три месяца, пол- угодие и т.п,) производят последующие измерение. По разнице исходного и после дующего измерений судят о величине и направлении деформации массива, произошедшей за данный отрезок времени.Измерения состоят из определения сопротивления сухой части. каждого измери тельного электрода 6, расположенной над электропроводной жидкостью 7 в каждом репере 3, т.е, в каждом измерительном цилиндре измеряют отдельно сопротивление каждой из четырех электрических цепей. В каждую такую электрическую цепь входит сухая часть измерительногоэлектрода 6, электропроводная жидкость 7, поршень 8, шток 9,соединительные провода (не показаны). В данной цепи измерительный элект род является переменным сопротивлением, величина которого зависит от уровня электропроводной жидкости, положение которой, в свою очередь, зависит от наклона репера и от расположения поршня в цилин дре жидкостного инклинометра. Используя зависимостьЬЯР 50где Ь- величина перемещения уровняэлектропроводной жидкости,м;Ь В - изменение сопротивления цепи,Ом;р - удельное электрическое сопротивление электрода, Омl м,определяют длину сухой части каждогоэлектрода= - А3где- длина сухой части электрода, м;- исходная (первоначальная) длина сухой части электрода,м;Ь 1 - величина перемещения уровняэлектропроводной жидкости,м,Определив таким образом длину сухойчасти каждого электрода, рассчитываютдлину хода поршня и наклон измерительного цилиндра в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостяхЬ 1+М+Ь 6+М 41-4где- ход поршня 1-го измерительногоцилиндра, м;М. Л 4 - величина перемещения1уровня электропроводной жидкости относительно электродов М 1 - 4 1-го измерительного цилиндра, мббгде д 1,2 - углы наклона -го измерительногоцилиндра в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, град;Ж 1 Ь 5 - величина перемещения уровня1электропроводной жидкости относительноэлектродов М 1 и 3, лежащий в одной вертикальной плоскости,м;ЛА - величина перемещения уровняэлектропроводной жидкости относительноэлектродов М 2 и 4, лежащих в одной вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости электродов М 1 и 3, м;с - диаметр измерительного цилиндра,Устройство работает следующим образом,Величина перемещения поршня и углы наклона измерительного цилиндра непосредственно связаны с осадкой и смещением массива в различных слоях, так как породы массива 16 через материал 15 засыпки, который по своим физико-механическим свойствам аналогичен породам массива 16, воздействуют на трубчатый элемент 2, жестко связанный с корпусами реперов 3 (например, стяжными элементами), Надежная связь с массивом обеспечивается за счет гофрированной поверхности трубчатого элемента 2 и полного заполнения свободного пространства скважины материалом 15. Перемещение того или иного слоя пород относительно друг друга или всего насыпного массива относительно основания приводит к перемещению всех реперов 3, попавших в зону деформации. При этом благодаря шарнирным соединениям 13 ре 1661418перы 3 наклонены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.Кроме того, благодаря гофрированным стенкам трубчатой оболочки 2 устройство воспринимает сжатие пород по вертикали, т,е, осадку массива, в результате которой в сжимающихся слоях происходит укорочение всего става, При этом происходит сжатие трубчатой оболочки 2 и за счет жесткости соедичительных элементов 12 штоки 9 с поршнями 8 перемещаются по измерительным цилиндрам 5 и изменяют положение электропроводной жидкости 7 относительно измерительных электродов 6.Определив углы наклона устройства в точках размещения реперов и по известным длинам секций аналитически рассчитывают или графически. строят положение реперных точек, В последующих измерениях по изменению углов наклона и средним перемещениям поршней измерительных цилиндров определяют величину смещений и осадку массива в каждой реперной точке, Учитывая ориентирование устройства относительно сторон света или геометрических элементов всего массива, производят определение результирующих векторов его деформации в каждой реперной точке.Формула изобретения 1. Способ определения деформаций массива насыпных пород, включающий бурение скважин, размещение в них герметичной оболочки, внутри которой устанавливают на заданном расстоянии друг от друга реперы, чувствительные к смещению массива, заполнение пространства междустенками скважины и герметичной оболочкой сыпучим материалом, регистрацию смещений реперов в двух взаимно перпендикулярных направлениях горизонтальной плоскости и сопоставление результатов исходных и последующих измерений, по которым судят о деформации массива,отл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 5 достоверности определения деформаций иполучения более полной информации о состоянии массива, ддполнительно определяют направление смещения реперов и одновременно производят регистрацию 10 осадки массива, и по полученным результатам судят о направлении и величине деформации массива.2, Устройство для определения деформаций массива насыпных пород, содержа щее расположенный вдоль скважинытрубчатый элемент с размещенными внутри него реперами, каждый из которых содержит корпус, диэлектрический измерительный цилиндр с электропровод ной жидкостью, на внутренних стенках которого размещены измерительные электроды в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения 25 достоверности определения деформаций иполучения более полной информации, трубчатый элемент выполнен гофрированным с возможностью деформации вдоль продольной оси, а измерительный цилиндр снаб жен поршнем со штоком, соединенным спомощью карданных шарниров и жесткого соединительного элемента с корпусом последующего репера, причем электроды измерительных цилиндров расположены 35 вдоль четырех взаимно перпендикулярныхвертикальных линий, лежащих в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, совпадающих с плоскостями действия шарниров, кроме того, конец нижнего жесткого эле мента снабжен грузом-якорем.Составитель М,Китайская Щаг Фактор А. Шандор Техред М.Моргентал Корректор Н,Король дательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Производстве Заказ 2107 Тираж 299 ВНИИПИ Государственного комите 113035, МоскваПодписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС